Анотація до роботи:

Долгов Л.О. Електрооптика та структурні особливості системи “рідкий кристал-наночастинки-полімер”.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.15 – фізика молекулярних і рідких кристалів. Інститут фізики Національної академії наук України, Київ, 2007.

У дисертаційній роботі досліджуються структурні особливості та електрооптичні характеристики композитів типу „рідкий кристал-наночастинки-полімер“, сформованих при фотоіндукованій фазовій сепарації полімеру. Досліджені композити можна розділити на дві групи відповідно до двох граничних типів морфології полімерної фази. До першої групи належать композити з малим вмістом полімеру – наповнені нематики, стабілізовані полімерною сіткою. Показано, що в таких композитах, поряд із розсіянням світла на орієнтаційних дефектах рідкого кристала, може спостерігатися суттєве розсіяння зумовлене різницею показників заломлення рідкого кристала та матеріалу наночастинок. Останнє впливає на електрооптичний контраст та кутову характеристику пропускання. Друга група включає капсульовані рідкі кристали, наповнені наночастинками. Встановлено, що в процесі фотоіндукованої фазової сепарації та формування капсульованого рідкого кристала, наночастинки переважно потрапляють у полімерну фазу. При цьому змінюється як ступінь оптичної неоднорідності полімерної матриці, так і її ефективний показник заломлення. Останнє впливає на різницю показників заломлення рідкого кристала і полімеру, тобто, на електрокеровану частину світлорозсіяння в системі. Шляхом оптимізації показника заломлення матеріалу, розміру та концентрації наночастинок, було досягнуто вирівнювання кутової характеристики світлопропускання шарів композитів у ввімкненому стані, що особливо важливо для дисплейних застосувань таких систем. В роботі вказано на необхідність ретельного відбору та перевірки на сумісність компонент композита для запобігання хімічним реакціям між ними.

У роботі досліджено морфологію та електрооптичні властивості трикомпонентних композитів типу рідкий кристал-наночастинки-полімер з різними концентраціями складових компонентів та декількома типами неорганічних наночастинок (SiO₂, Sb₂O₅, TiO₂). Основними результатами та висновками дисертаційної роботи є:

1. Запропоновано метод стабілізації дисперсій колоїдних наночастинок неорганічних матеріалів в рідкокристалічній матриці за допомогою формування в композиті полімерної сітки. Метод дозволяє отримувати стабільні суспензії, в яких, завдяки суттєвому зменшенню ступеня агрегації наночастинок, радикально зростає світлорозсіяння в безпольовому стані. Із-за цього, на порядок зростає електрооптичний контраст.

2. Проаналізовано вплив показника заломлення матеріалу наночастинок на розсіюючі властивості наповнених рідких кристалів, стабілізованих полімерною сіткою. Показано, що розсіяння, зумовлене різницею показників заломлення матеріалу наночастинок та рідкого кристала, стає співмірним із розсіянням на дефектах рідкокристалічної орієнтації навколо наночастинок при утворенні агрегатів наночастинок. Цей фактор розсіяння є домінуючим у просвітлених станах суспензії, в яких розсіяння на збуреннях директора рідкого кристала , спричинених наночастинками, є мінімальним. Зокрема, він визначає кутову залежність пропускання шару композита у ввімкненому стані.

3. При фотоіндукованій фазовій сепарації в композитах рідкий кристал-наночастинки-полімер з типовою для капсульованих рідких кристалів концентрацією полімеру та невеликою концентрацією наночастинок (менше 5 об’ємних %), рівноважний стан композитної системи відповідає її розділенню на рідкокристалічну та полімерну фази, причому переважна більшість наночастинок знаходиться у полімерній фазі. При цьому зразки мають морфологію крапель рідкого кристала, капсульованих у полімерній матриці.

4. Запропоновано модель світлорозсіяння в капсульованих рідких кристалах, допованих наночастинками, що грунтується на зміні розсіюючої здатності і показника заломлення полімерної фази під впливом наночастинок. При цьому головними факторами розсіяння в композитах є неоднорідності на межі рідкого кристала і модифікованого полімеру та неоднорідності самої полімерної матриці. На основі даної моделі проведено теоретичний розрахунок світлопропускання, який добре описує характеристики пропускання капсульованого рідкого кристала, допованого наночастинками з різним показником заломлення матеріалу.

5. Шляхом допування капсульованих рідких кристалів наночастинками одержано композити із суттєво покращеною кутовою характеристикою електрооптичного контрасту, що вказує на перспективність використання трикомпонентних композитів рідкий кристал-наночастинки-полімер в системах відображення інформації та пристроях керування світловими пучками.

Публікації автора:

Результати роботи опубліковані в наукових статтях:

1. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. Electrooptic properties of liquid crystal filled with silica nanoparticles of different sorts // Colloid and Polymer Sci.–2004.–Vol. 282, №12.-P.1403–1408.

2. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. Electro–optic properties of nematic liquid crystal filled with monodispersed inorganic nanoparticles // SPIE Proceed.–2003.–Vol. 5257.– P. 48–57.

3. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V., Kovalchuk A.V. and Wiersma D.S. Low frequency dielectric relaxation in liquid crystal-polymer composites // SPIE Proceed.–2004.– Vol. 5507.–P. 215–221.

4. Dolgov L.O., Yaroshchuk, O.V. Electrooptics of the Suspensions of Monodispersed Non-Organic Particles in Liquid Crystals // Mol. Cryst. Liq. Cryst.–2004.–Vol. 409.– P. 77–89.

5. Kovalchuk A.V., Dolgov L.O., Bugayova L.M., Yaroshchuk O.V. The Peculiarities of Photopolymerization in the Composite “Pre–polymer – TiO₂ Nanoparticles // Mol. Cryst. Liq. Cryst. –2005.– Vol. 427.–P.187–196 [487–496].

6. Kiselev A.D., Yaroshchuk O.V., Dolgov L.O. Ordering of droplets and light scattering in polymer dispersed liquid crystal films // J. Phys.: Condens. Matter. – 2004.– Vol. 16.– P. 7183–7197.

7. Yaroshchuk O.V., Dolgov L.O., Kiselev A.D. Electro–optics and structural peculiarities of liquid crystal–nanoparticle–polymer composites // Phys. Rev. E – 2005.– Vol.72.– P.(051715–1)–(051715–11).

8. Yaroshchuk O., Dolgov L., and Kiselev A.D. Nanoparticles–Doped PDLC: Electrooptics and Structural Peculiarities // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. Збірник наукових праць. – 2005. – Том 3, Вип.2. – С. 489–498.

9. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. Light–scattering liquid–crystal composites with reduced off–axis haze // Journal of the SID. – 2006. – Vol. 14, №7. – P.1–6.

10. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. The method to suppress off-axis haze of PDLC //ADT Proceed.–2006.– P.233–239.

11. Yaroshchuk O.V., Dolgov L.O. Electro-optics and structure of polymer dispersed

liquid crystals doped with nanoparticles of inorganic materials // Opt. Mat. –2007.–Vol. 29.– P. 1097–1102.

12. Dolgov L., Yaroshchuk O., Qiu L. SEM investigations of the polymer morphology in the liquid crystal-polymer composites with different polymer contents // Mol. Cryst. Liq. Cryst. –2007.–Vol. 468.

та матеріалах конференцій:

13. Dolgov L., Yaroshchuk O., Crawford G. Electrooptics of the suspensions of monodispersed non-organic particles in LC// ILCC 2002 – Edinburgh (United Kingdom of Great Britain) – 2002.

14. Dolgov L., Yaroshchuk O., Crawford G. LC-Monodispersed Non-Organic Particles” as a New Working Medium for LCD Based on Light Scattering Mode // SID 2002– Yalta (Crimea, Ukraine) – 2002.

15. Dolgov L., Yaroshchuk O. Electrooptics of nematic liquid crystal filled with monodispersed nanoparticles// NOLPC 2002 – Alushta (Crimea, Ukraine) – 2002.

16. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V., Kovalchuk O.V. and Wiersma D. Low frequency dielectric relaxation in liquid crystal-polymer composites // XVI International School–Seminar “Spectroscopy of molecules and crystals” – Sevastopol (Ukraine) –2003.

17. Yaroshchuk O., Dolgov L. “Electro-optics of Liquid crystal-Nanoparticles-Polymer” composites // OLC 2003 – Aussois (France) – 2003.

18. Kravchuk R.M., Dolgov L.O., Kovalchuk A.V., Yaroshchuk O.V. The Peculiarities of Photopolymerization in the Composite “Pre-polymer – TiO₂ Nanoparticles” // ICEPOM–2004 – Kyiv – 2004.

19. Dolgov L., Yaroshchuk O., Kiselev A. Electrooptics of Liquid Crystal-Nanoparticles-Polymer Composites” // NOLPC 2004 – Alushta (Crimea, Ukraine) – 2004.

20. Ярощук О.В., Кисельов О.Д., Долгов Л.О. Електрооптика та структурні особливості композитів рідкий кристал-наночастки-полімер // НАНСИС 2004 – Київ -2004.

21. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. The method to suppress off-axis haze of PDLC // 14th International SID Symposium Advanced Display Technologies – Crimea, Ukraine – 2005.

22. Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. PDLC doped with inorganic nanoparticles: electro-optics and morphological peculiarities // International Workshop on Liquid Crystals for Photonics – Gent, Belgium – 2006.

23. Yaroshchuk O.V., Dolgov L.O. Nanoparticle doped polymer dispersed liquid crystals: composites with reduced off-axis haze // 21st International Liquid Crystal Conference – Colorado, USA – 2006.

24. Yaroshchuk O.V., Dolgov L.O., Qiu L. The morphology of liquid crystal – polymer composites and its modification by nanoparticles // 21st International Liquid Crystal Conference – Colorado, USA – 2006.

25. Koval’chuk O.V., Dolgov L.O., Yaroshchuk O.V. The peculiarities of photopolymerization in the composites “Prepolymer-TiO₂ nanoparticles” under the action of electric field // VI-th International Conference on Electronic Processes in Organic materials – Crimea, Ukraine – 2006.